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研究生:賴銘智
研究生(外文):LAI,Ming-Chih
論文名稱:雙頻段紅外線量子井光偵檢器設計及製作研究
論文名稱(外文):Optimized Design of The Dual-band Quantum Well Infrared Detectors
指導教授:陳子江陳子江引用關係
指導教授(外文):CHEN, Zi-Jiang
口試委員:蘇文寬湯相峰陳子江
口試委員(外文):SU, Wen-KuanTANG, Xiang-FengCHEN, Zi-Jiang
口試日期:2011-07-14
學位類別:碩士
校院名稱:國防大學理工學院
系所名稱:光電工程碩士班
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2011
畢業學年度:99
語文別:中文
論文頁數:129
中文關鍵詞:量子井紅線光偵檢器紅外線熱影像
外文關鍵詞:Quantum Well Infrared PotodetectorInfrared Themal Image
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本論文乃利用垂直架構,以堆疊以像素交互的方式(Interlace)來實現雙頻段量子井紅外線偵檢元件,改良現有像素交互式元件製程設計上,光罩用在製作長波長光柵(Grating)時,光罩與量子井紅外線偵檢元件再貼和曝光因表面有高低落差的缺點造成光柵圖像失焦,本研究以金屬短路中波長結構方式,使長波長與中波長結構相同高度,成功的輸出雙頻段長波長光響應與降低元件表面與側向暗電流,提出改良製程方式,修正之前實驗室在製作雙頻段時因光柵圖像失焦及長時間蝕刻,造成光柵結構不完整所導致雙頻段量子井紅外線偵檢元件特性退化。
因為量子井紅外線偵檢元件,無法吸收耦合正面入射的TE光,所以必須要製作二維光柵在元件上,本研究得到較佳的二維光柵參數,成功地應用在單雙波段的量子井紅外線偵檢元件元件上。
以COMSOL Multiphysics 3.5a 多重物理量耦合有限元素分析模擬軟體,以能隙調變方式結合薛丁格波動方程式,導入In應力造成影響,加以計算,調整InyGa1-yAs/GaAs/AlxGa1-xAs多重量子井結構中的週期數、鋁的莫爾分率、銦的莫爾分率、量子井寬等參數,就能有效率,且快速的設計QWIP結構。

In this thesis, vertically stacked structure pixels combined with interlacemode achieves dual-band quantum well infrared detector elements, where it improvesthe shortcomings existing pixels on the process design, mask and components in the production of long-wavelength grating , the mask paste with the components and the gap between high and low when the shortcomings of this study, it improves the shortcomings of hight differences between mid- and long wavelength QWIP structure rusuiting in focusing on optical grating when the interlaced QWIPs are fabriouted. The study uses metal covered with the edge of Mid-wavelength QWIP to achieve the same height of dual-band QWIP, output Dual-band response and decrease device darkcurrent from surface and edge of QWIP. By proposed revised process.We improve the performance of interlanced dual-band QWIP. Where,it results in eages-undercuting and higher darkcurrent in our laboratory last year.
Because the normal incident TE mode infrared light can not be adsorbed, the two-dimensioual optical grating must be used to deflect the incident light. The research is proposed a better parameters of two-dimensioual optical grating to apply the interlaced dual-band QWIPs.
Using Comsol Multi-physics 3.5a simulator (fimite element method) combined with Schrodinger wave-equation, band-gap engineering in strained effect to optimize the period numbers, Al and In mole ratio of quantum well, QWIP stracture will be proposed efficiently and quickly.

誌謝 ii
ABSTRACT iv
1 緒論 1
1.1 簡介 1
1.2 研究動機 4
1.3 論文架構 5
2 量子井紅外線偵檢器之基本原理 6
2.1 量子井能階躍遷方式 7
2.2 光電流(Photocurrent)的特性 9
2.3 光響應度(Responsivity) 11
2.4 暗電流(Dark Current)的特性 11
2.5 雜訊電流(Noise Current)的特性 15
2.6 偵測度(Detectivity) 16
2.7 背景限制溫度 17
2.8 光柵(Optical Grating) 18
2.9 2D光柵(Two Dimension Grating) 19
2.10量子井能階計算模擬 21
2.11長波長紅外線QWIP模擬參數計算 23
2.12中波長紅外線QWIP模擬參數計算 25
2.13雜訊等效溫度差(NEDT, Noise Equivalent Difference Temperature) 27
2.14非均勻度 (Non-Uniformity) 28
2.15 FPA背面基板蝕刻效能 29
3 紅外線偵檢器之實驗與實驗架設 31
3.1 光柵參數設計 31
3.2 單頻段紅外線量子井結構 31
3.4 雙頻段像素交互式(Interlace)製程設計 37
3.5 元件之製程 40
3.6 光響應度之量測 52
3.7 暗電流與背景光電流之量測 53
3.8 量子井能階模擬 54
3.9 模擬軟體操作步驟 54
3.10 FPA背面基板蝕刻實驗架設 56
4 紅外線偵檢器之實驗結果比較與討論分析 59
4.1 長波長紅外線QWIP光電特性分析比較 59
4.2 中波長紅外線QWIP光電特性分析比較 66
4.3 雙頻段紅外線偵檢器結構長波長光電特性分析比較 74
4.4 雙頻段紅外線偵檢器結構中波長光電特性分析比較 83
4.5 量子井能階模擬分析 90
4.6 FPA蝕刻前後非均勻度及NEDT之比較 94
5 結論 123
參考文獻 125
自傳 129

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